Reducción del error experimental en los campos de deformación obtenidos por un sistema de correlación de imágenes digitales

Abstract

Este trabajo consiste en obtener el campo de deformación de una probeta de acero SAE 1020 sometida a flexión, a partir de mediciones del campo de desplazamiento a través de correlación de imágenes digitales con cámaras DIC (Digital Image Correlation). Este sistema DIC, es un mé-todo óptico no destructivo para medir el campo de desplazamientos y deformaciones en todo punto. Sin embargo, el proceso de captura digital de imágenes está sujeto a muchas fuentes de ruido y error. Esta situación, define el principal foco de estudio de reducir el efecto del ruido experimental y los errores numéricos en la obtención del campo de deformaciones, en donde los resultados obtenidos son comparados con la solución del problema de flexión, utilizando elementos finitos. De esta forma, el trabajo realizado es necesario como fase preliminar para el estudio de fenómenos más complejos, tales como, el estudio de propagación de grietas en materiales considerando el efecto microestructural, así como también en materiales frágiles, por mencionar algu-nos. La primera parte del trabajo, contempla una revisión detallada de la bibliografía y estudio de la teoría, junto con la obtención de desplazamientos utilizando correlación de imágenes digi-tales. Para esto, se propusieron dos técnicas de preparación de las probetas para la correlación de imágenes digitales. La primera, por medio del salpicado de tinta con un cepillo y tinta en spray negra. La segunda propone el estampado del patrón de manchas con tinta gráfica por medio de un timbre fabricado por cortado laser. Esta última, implicó los mejores resultados en la obtención de desplazamientos. Posterior a la preparación de probetas, se definen los parámetros de opera-ción de la máquina del ensayo, para luego obtener los desplazamientos de las muestras utilizando el software propio de las cámaras DIC. Los parámetros de correlación de mejores resultados fue-ron un sub set de referencia de 17x17 pixeles y distancia de paso de 5 pixeles, presentando un error promedio de dos órdenes de magnitud menor a la escala de los desplazamientos medidos. La segunda parte, busca la reducción del ruido en los campos de deformación por medio de tres métodos diferentes. El primer método propuesto busca suavizar el campo de desplaza-mientos de forma previa a la obtención del campo de deformación por diferenciación numérica. Este método alcanza una reducción de un 88.5% del error promedio, con respecto a los campos de deformación obtenidos directamente sin suavizar. El segundo, utiliza el método Pointwise Least-Squares, por ajuste de mínimos cuadrados, alcanzando una reducción del 80,5%. Finalmen-te, el último método, busca la disminución del ruido inherente en el campo de deformación, de-finiendo sobre él una función de costos regularizada, cuyo mínimo implica el campo de mejor rendimiento. Este último método alcanza una reducción del 72,28% del error promedio. Del trabajo realizado, se observa que el montaje experimental y la calibración de las cáma-ras tienen la mayor influencia en los errores de los desplazamientos medidos. En cuanto a los mé-todos de reducción del error en el campo de deformación, el más efectivo corresponde al suavizado de los desplazamientos mediante la aproximación de la transformada de coseno discreta.